[發明專利]曲軸連桿平夾耦合切換自適應機器人手裝置

有效

• 申請號: 201710576128.6
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107234631B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 張文增;孫玉飛;吳哲明;劉洪冰
• 申請（專利權）人: 清研（洛陽）先進制造產業研究院
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J15/08
• 代理公司: 洛陽華和知識產權代理事務所(普通合伙) 41203
• 代理人: 張曉楠

曲軸連桿平夾耦合切換自適應機器人手裝置，屬于機器人手技術領域，包括基座、傳動機構、電機、兩個指段、兩個關節軸、七個連桿、四個銷軸、連接件、轉軸、套筒、中間軸、簧件、連桿凸塊和兩個限位塊等。該裝置實現了機器人手指平夾自適應抓取模式與耦合自適應抓取模式簡單切換的功能。在平夾自適應抓取模式中，裝置既能平動第二指段捏持物體，也能依次轉動第一指段和第二指段包絡不同形狀、大小的物體；在耦合自適應抓取模式中，裝置可以同時聯動兩個關節轉動，并在第一指段接觸物體被阻擋后自然轉入彎曲第二指段的自適應抓取階段；抓取范圍廣；該裝置結構緊湊、簡單、體積小，制造和維護成本低，適用于農業、工業和服務業等各個領域的機器人手。

技術領域

本發明屬于機器人手技術領域，特別涉及一種曲軸連桿平夾耦合切換自適應機器人手裝置的結構設計。

背景技術

欠驅動機器人手是指電機數量少于關節數量的機器人手，它能夠實現對不同物體的自適應抓取，也能夠適應多種物體的抓取。應用在不同的場合下，均可以滿足減少復雜傳感與實時控制的需求，提高抓取的穩定性和精確性，同時該裝置簡便、成本低廉，質量小、體積小，可以被廣泛應用在農業、工業以及服務業機器人中，也可以用于醫療，例如為殘疾人提供假手。

具有兩自由度的欠驅動機器人手主要包括兩個基本類別：一類是耦合抓取模式，另一類是自適應抓取模式。其中耦合抓取模式是指兩個關節按一定的比例或者變化的比例同時轉動，具體可以分為正向耦合抓取模式和反向耦合抓取模式，正向耦合抓取常常簡稱為耦合抓取，反向耦合抓取模式中按相同比例的抓取模式應用比較廣泛，常稱為平行夾持耦合抓取模式，常常簡稱為平夾抓取。正向耦合抓取適合用末端指段去捏持小的物體，而自適應抓取適合包絡物體抓取，常稱為力量抓取。

在基本類別的組合中，主要有兩種復合抓取模式：一種是先耦合而后自適應的抓取模式，稱為耦合自適應抓取模式，或耦自抓取模式；另一種是先平行夾持而后自適應的抓取模式，稱為平夾自適應抓取模式，或平自抓取模式。其中，耦自抓取模式具有更加擬人性的特點，同時末端的捏持效果也是比較容易實現。平自抓取模式能夠具有兩個平行開合的末端指段，在工業上適合平行捏持薄片狀物體或者具有兩個相平行面的物體。

已有的一種連桿欠驅動三指機械手裝置，如加拿大Laval大學專利US5762390，包括多個連桿、三個簧件和機械約束等。該裝置實現了平夾自適應抓取模式。在工作時，開始階段保持末端指段的姿態進行近關節彎曲動作，之后根據物體的位置可以實現平行捏持或自適應包絡握持的功能。其不足之處在于，該裝置僅能實現平夾自適應抓取模式，無法實現耦合自適應抓取模式，不適用于快速抓取的工況，效率比較低；它采用復雜的多連桿機構，機構體積大，摩擦副多，能量利用率低；由于連桿數量多，缺乏柔順性，制造成本高，運動存在較大的死區，抓取范圍較小。

已有的一種柔性件平夾耦合切換自適應機器人手指裝置(中國專利CN105835083A)，包括基座、兩個指段、兩個關節軸、驅動器、柔性傳動件、腱繩、多個傳動輪、半輪、半輪連接件、轉軸、半輪凸塊、兩個簧件和限位凸塊等。該裝置實現了機器人手指平夾自適應抓取模式與耦合自適應抓取模式可以簡單切換的功能。其不足之處在于，該裝置采用腱繩帶動傳動輪轉動，工作時間過長后，腱繩的彈性會下降，機構的運動精確性隨之下降；此外，采用多個傳動輪，機構比較復雜，安裝維修困難，制造成本較高；

已有的一種精確平夾自適應與耦合自適應模式切換機器人手指裝置(中國專利CN106799742A)，包括基座、兩個指段、兩個關節軸、電機、腱繩、從動滑輪、連接件、轉軸、扇形輪、球缺件、齒輪、齒條和彈簧等。該裝置實現了機器人手指平夾抓取、耦合抓取和自適應抓取多種抓取模式。該裝置利用球缺件的球面實現了平夾與耦合的平穩切換，并且球缺件的設置提高了平夾與耦合階段的傳動精度；其不足之處在于，該裝置采用腱繩和彈簧的張緊程度的配合實現相應功能，長時間工作后，腱繩和彈簧會發生疲勞失效，其彈性會下降，機構的運動精確性隨之下降；此外，采用多個傳動輪，機構比較復雜；采用齒輪和齒條，安裝維修困難，制造成本較高。

發明內容